Электронные и микроэлектронные приборы (стр. 8 из 10)

Òåîðåòè÷åñêîå îáîñíîâàíèå ýêñïåðèìåíòàëüíî íàáëþäàåìûõ çàâèñèìîñòåé.

Äëÿ òåîðåòè÷åñêîãî îáîñíîâàíèÿ áûëî ðàçðàáîòàíî ìíîæåñòâî òåîðèé, îñíîâàííûõ íà îáúåìíîé äèôôóçèè çàðÿæåííûõ ÷àñòèö èëè íåéòðàëüíûõ ïàð, à òàêæå ýôôåêòàõ òóííåëèðîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ, íóêëåàöèè, êèíåòèêå àäñîðáöèè, îáðàçîâàíèÿ ðîñòðàíñòâåííîãî çàðÿäà, èçìåíåíèè ãðàíè÷íûõ êîíöåíòðàöèé äèôôóíäèðóþùèõ ÷àñòèö â çàâèñèìîñòè îò òîëùèíû ïëåíêè è ìíîãèõ äðóãèõ.

Ê ñîæàëåíèþ, íè îäèí èç óêàçàííûõ ìåõàíèçìîâ íå ñïîñîáåí ïîëíîñòüþ îáúÿñíèòü îáøèðíûé êëàññ èìåþùèõñÿ ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. Òàêèì îáðàçîì, îñíîâíûì âîïðîñîì, âîçíèêàþùèì ïðè ðàññìîòðåíèè ïðîáëåìû òåîðåòè÷åñêîãî îáîñíîâàíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ êèíåòè÷åñêèõ ìîäåëåé ïðîöåññà ïàññèâíîãî îêèñëåíèÿ, ÿâëÿåòñÿ âîïðîñ î òîì, äåéñòâèòåëüíî ëè êèíåòèêà ðîñòà îêèñëà îïðåäåëÿåòñÿ ñîâîêóïíîñòüþ öåëîãî ðÿäà ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, êàæäûé èç êîòîðûõ ïðèìåíèì ëèøü ïðè âïîëíå îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ, ëèáî ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ìîæåò áûòü îòíåñåíî ê îãðàíè÷åííîìó ÷èñëó ïðåäåëüíûõ ñëó÷àåâ îäíîãî è òîãî æå ïðîöåññà èëè ÿâëåíèÿ.

Íå óãëóáëÿÿñü â ðàññìîòðåíèå ñàìèõ ìîäåëåé, óêàæåì ëèøü, ÷òî áîëüøèíñòâî èç ýòèõ äàííûõ âîçìîæíî îïèñàòü â ðàìêàõ åäèíîé ìîäåëè, îãðàíè÷åííîå ÷èñëî ïðåäåëüíûõ ñëó÷àåâ êîòîðîé îáúÿñíÿëî áû ïîÿâëåíèå âñåõ îòìå÷åííûõ âûøå êèíåòè÷åñêèõ çàêîíîìåðíîñòåé. Îäíîé èç òàêèõ ìîäåëåé ìîæíî ñ÷èòàòü ìîäåëü Ôðîìõîëäà, îñíîâàííóþ íà ðàññìîòðåíèè ïðîöåññîâ îäíîâðåìåííîé ìàêðîñêîïè÷åñêîé äèôôóçèè çàðÿæåííûõ ÷àñòèö (èîíîâ è ýëåêòðîíîâ) ñêâîçü ãîìîãåííóþ îêèñíóþ ïëåíêó â ïðèñóòñòâèè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, ñîçäàííîãî ýòèìè ÷àñòèöàìè (Fromhold A.T.-"J. Phys. Chem. Solids", 1963, v.24, p. 1081-1089).

Çàâèñèìîñòü ýêñïåðèìåíòàëüíî íàáëþäàåìûõ êèíåòè÷åñêèõ çàêîíîìåðíîñòåé îò òåìïåðàòóðû ïðîöåññà ïðèâåäåíà â òàáëèöå 1.

2. Полупроводниковые резисторы

Полупроводниковые резисторы – это резисторы, изготовленные на основе полупроводникового материала методами полупроводниковой технологии. Различают объемные и диффузионные полупроводниковые резисторы.

Объемные резисторы получают путем создания омических (невыпрямляющих) контактов металла с полупроводником. При идеальных контактах удельное сопротивление rn такого резистора определяется объемными свойствами полупроводника.

Поскольку на практике используют легированные полупроводники, их удельное сопротивление в случае полной ионизации примеси:

r_h_n=[qm_hN_д⁺]^-1 ïðè N_д >> N_a

r_р_n=[qm_ðN_а^-]^-1 ïðè N_а >> N_ä

Несмотря на простоту конструктивного и технологического исполнения, объемные резисторы не нашли широкого применения из-за большой занимаемой площади и температурной нестабильности.

Диффузионные резисторы формируют на основе диффузионных слоев, толщина которых намного меньше их ширины и длинны. Диффузионные резисторы изолированы от остального объема полупроводника p-n -переходом. Они могут быть изготовлены одновременно с другими элементами при формировании структуры полупроводниковых ИМС. Поэтому для реализации диффузионных резисторов в полупроводниковых ИМС используют те же диффузионные слои, которые образуют основные структурные области транзистора: базовую, эмиттерную, или коллекторную.

Сопротивление диффузионного резистора R определяется удельным сопротивлением полупроводникового слоя, его глубиной и занимаемой площадью:

( 1 )

где r_s -удельное поверхностное сопротивление слоя

Диффузионные резисторы могут быть реализованы на основе любой из структурных областей транзистора. Для их использования в ИМС на поверхности структурных областей создают омические контакты.

Структура диффузионного резистора на основе структурных областей планарно-эпитаксиального транзистора на рис. 2.

Наиболее распространенны резисторы, сформированные на основе базовых слоев. При этом достигается сочетание высокого сопротивления слоя необходимого для уменьшения площади, занимаемой резистором и приемлемого температурного коэффициента.

Рис. 2

Для получения диффузионных резисторов

требуемого сопротивления, определяемого по формуле (1), диффузионные слои формируют в виде прямоугольника или змейки. В этом случае отношение l/b стремятся сделать по возможности большим. Для диффузионных резисторов характерно наличие паразитных элементов - распределенного конденсатора и распределенного транзистора.

Кроме диффузионных резисторов в полупроводниковых ИМС применяют резисторы на основе МДП-структуры. При этом в качестве резистора используют МДП-транзистор, работающий в режимах, наклонной области ВАХ. Использование МДП-структур в качестве резисторов позволяет реализовать целый ряд цифровых ИМС только на одних МДП-транзисторах.
3. Элемент КМОП - логики.